合成生物學：學習自然的邏輯

2014年04月29日 08:17

　　來源：鳳凰科技

　　鳳凰科技訊 北京時間4月29日消息，新科學家報道，在《合成美學：調查合成生物學的設計本質》一書中，研究人員和設計師組成的小組提出了一種從自然中學習的新方法。合成生物學與其它科學有所不同，10年前在美國麻省理工學院召開的第一屆合成生物學大會上，科學家們提出的一個重大初始假設便是：生命是如此複雜，以至於生物工藝學家無法簡單的改變它，工程師必須從零開始重建生命，從而創造所需要的生命體。

　　

　　圖1 大設計：木質部細胞將幫助我們建造更加牢固的建築物。

　　推動這一領域蓬勃發展的熱情至今仍在延續，工程師、生物學家、計算機科學家、物理學家和生物黑客通力合作，並取得了一些重要的成就，主要表現在上個月創造的由計算機設計的酵母染色體，以及之前創造的第一個合成細胞。

　　除此之外，研究人員還建造了標準DNA密碼的資料庫，DNA密碼控制著細胞內的不同事物。這一項目的計劃是有朝一日科學家們能夠利用DNA作為編程語言輕鬆設計出新型生物體。合成生物學最引人注目的成就便是一年一度的國際遺傳工程機器設計競賽(International Genetically Engineered Machine Competition,IGEM)，它吸引了數百名學生團隊對生物體進行重組。去年的獲獎者重新設計了大腸桿菌，從電子廢棄物中收回黃金再循環利用。在IGEM，生物技術的保守態度逐漸向翻譯、參與、溝通轉變。

　　文化根源或解釋了為什麼某些首席科學家另闢蹊徑選擇與藝術家和設計師合作，並提出了一些新穎的思考方式。這催生了《合成美學》一書的誕生。這本由20多名作家合著的書籍或惱怒了某些傳統科學家——因為其中有些觀點純粹是空想。然而這本書的確也合理解釋了這一領域的某些重要觀點，並引發讀者橫向思考未來可能的結果。

　　書的前幾章探討的一個中心問題便是「設計是什麼」。工程師認為它是指設計一座特殊規格的橋樑；合成生物學家認為它是設計一種具有新商業應用價值的微生物；而真正的設計師，例如時尚設計師的理解可能又有所不同。

　　正如藝術家黛西•金斯貝格(Daisy Ginsberg)所言，設計就是「有關各種可能性」。合成生物學強調了「人類的需要」——例如擁有無限多的燃料——而非「多樣化、複雜的人類個體的需要」。在科學屆，這一觀點非常新穎，擔憂未來設計和當下設計之間的分離實屬罕見。

　　在隨後的幾章里，藝術家、設計師和科學家進行了為期4周的研究合作，這本書的語氣又發生了變化。研究合作產生的各項結果都出人意料，尤其是英國劍橋大學的植物生物學家費爾南•費德里西（Fernan Federici）與美國哥倫比亞大學的建築師大衛•本傑明（David Benjamin）的研究發現非常不可思議。他們合作的重點關注於形式——這裡指的是從「自然的邏輯」而非自然本身學習形式的存在，本傑明認為僅僅模仿貝殼或者樹葉樣式的建築是膚淺的。在實驗室內，他們研究了植物的木質部導管——木質部細胞使得水能夠從樹木的根部運輸到頂部。他們編寫了一個程序描述木質部細胞堅硬的骨骼加強細胞的方式，然後將相同的「植物邏輯」應用於成熟的建築設計軟體里，以對建築物的支撐結構進行建模。

　　儘管近期我們可能無法看見這個由植物「設計」的建築物，但重點在於這種相互作用導致科學家們能夠了解生物學是如何「回答」特定問題的。正如這本書結語所言，「我們希望避免合成生物學走上毫無想象力和根深蒂固墨守成規的道路。」（編譯/嚴炎劉星）